Ερευνητές Εκπαιδεύουν Πλαστικό να Περπατάει Υπό Φως

Ερευνητές στη Φινλανδία εργάζονται目前 στο να αναπτύξουν και να “εκπαιδεύσουν” κομμάτια πλαστικού να ενεργούν με εντολή του φωτός. Αυτή είναι η πρώτη φορά που ένας συνθετικός ενεργοποιητής, σε αυτή την περίπτωση θερμοπλαστικός, είναι σε θέση να “μαθήσει” να εκτελεί eine νέα ενέργεια, σε αυτή την περίπτωση το περπάτημα, με βάση τις προηγούμενες εμπειρίες του και όχι με βάση προγραμματισμό υπολογιστή.

Τα πλαστικά σε αυτό το έργο είναι κατασκευασμένα από θερμο-απαντητική υγρή κρυσταλλική πολυμερική δομή και ένα στρώμα βαφής. Είναι μαλακοί ενεργοποιητές που είναι σε θέση να μετατρέψουν την ενέργεια σε μηχανική κίνηση. Ο ενεργοποιητής αρχικά ήταν σε θέση να ανταποκριθεί μόνο στη θερμότητα, αλλά αυτό αλλάζει既然 το φως μπορεί να συνδεθεί με τη θερμότητα. Λόγω этого, το πλαστικό είναι σε θέση να ανταποκριθεί στο φως. Ο ενεργοποιητής είναι κάπως εύκαμπτος και γίνεται καμπύλος με παρόμοιο τρόπο όπως ο άνθρωπος γίνεται καμπύλος με το δάκτυλό του. Όταν ο ενεργοποιητής έχει φως που προβάλλεται πάνω του και γίνεται θερμός, “περπατά” παρόμοια με ένα σκουλήκι, και κινείται με ταχύτητα 1 mm/s, ή την ίδια ταχύτητα με μια σαλιγκάρα.

Ο Arri Priimägi είναι ο старший συγγραφέας του Πανεπιστημίου του Τάμπερε.

“Η έρευνά μας είναι ουσιαστικά η ερώτηση αν ένα ανόργανο υλικό μπορεί κάπως να μάθησει σε ένα πολύ απλό επίπεδο,” λέει. “Ο συνάδελφός μου, ο καθηγητής Olli Ikkala από το Πανεπιστήμιο Aalto, έθεσε την ερώτηση: Μπορούν τα υλικά να μάθουν, και τι σημαίνει αν τα υλικά μάθουν; Τότε συνεργαστήκαμε σε αυτή την έρευνα για να φτιάξουμε ρομπότ που θα μάθουν новые κόλπα.”

Άλλοι μέλη της ερευνητικής ομάδας περιλαμβάνουν τους μεταδιδακτορικούς ερευνητές Hao Zeng, Πανεπιστήμιο του Τάμπερε, και Hang Zhang, Πανεπιστήμιο Aalto.

Υπάρχει επίσης μια διαδικασία επιτάχυνσης που συνδέει το φως με τη θερμότητα, και περιλαμβάνει την επιτρεπόμενη διάχυση του χρώματος στην επιφάνεια του ενεργοποιητή, ο οποίος γίνεται μπλε. Η συνολική απορρόφηση του φωτός αυξάνεται, και το φωτοθερμικό αποτέλεσμα αυξάνεται επίσης. Η θερμοκρασία του ενεργοποιητή αυξάνεται, και γίνεται καμπύλος όταν εκτεθεί στο φως.

Σύμφωνα με τον Priimägi, η ομάδα έγινε έμπνευση από ένα άλλο γνωστό πείραμα.

“Αυτή η μελέτη που κάναμε ήταν εμπνευσμένη από το πείραμα του σκύλου του Pavlov,” λέει ο Priimägi.

Σε αυτό το διάσημο πείραμα, ο σκύλος σάλιωσε όταν είδε φαγητό, και ο Pavlov χτύπησε το κουδούνι πριν δώσει στον σκύλο φαγητό. Αυτό επαναλήφθηκε μερικές φορές, και ο σκύλος τελικά συνδέθηκε με το φαγητό και άρχισε να σάλιζει όταν άκουσε το κουδούνι.

“Αν σκεφτείτε το σύστημά μας, η θερμότητα αντιστοιχεί στο φαγητό, και το φως αντιστοιχεί στο κουδούνι του πειράματος του Pavlov.”

“Πολλοί θα πουν ότι σπρώχνουμε αυτή την αναλογία πολύ μακριά,” λέει ο Priimägi. “Σε κάποιο βαθμό, αυτοί οι άνθρωποι έχουν δίκιο, γιατί σε σύγκριση με τα βιολογικά συστήματα, το υλικό που μελετήσαμε είναι πολύ απλό και περιορισμένο. Αλλά υπό τις σωστές συνθήκες, η αναλογία ισχύει.”

Η ομάδα θα αυξήσει την πολυπλοκότητα και τον έλεγχο των συστημάτων, και αυτό θα βοηθήσει να βρεθούν κάποια όρια των αναλογιών που μπορούν να σχεδιαστούν με τα βιολογικά συστήματα.

“Σκοπεύουμε να κάνουμε ερωτήσεις που μπορεί να μας επιτρέψουν να κοιτάξουμε τα ανόργανα υλικά από μια νέα οπτική.”

Τα συστήματα μπορούν να κάνουν περισσότερα από το να περπατάνε. Είναι σε θέση να “αναγνωρίσουν” και να ανταποκριθούν σε διαφορετικά μήκη κύματος φωτός που αντιστοιχούν στη βαφή του. Λόγω αυτού, το υλικό γίνεται ένα ρυθμιζόμενο μαλακό ρομπότ που είναι ικανό να ελεγχθεί από απόσταση, το οποίο είναι εξαιρετικά χρήσιμο για βιοϊατρικές εφαρμογές.

“Νομίζω ότι υπάρχουν πολλά κρύα σημεία εκεί. Αυτά τα τηλεχειριζόμενα δίκτυα υγρών κρυστάλλων συμπεριφέρονται σαν μικρά τεχνητά μύες,” λέει ο Priimägi. “Ελπίζω και πιστεύω ότι υπάρχουν πολλοί τρόποι με τους οποίους μπορούν να ωφελήσουν το βιοϊατρικό πεδίο, μεταξύ άλλων πεδίων όπως η φωτονική, στο μέλλον.”